Koľko možných kombinácií proteínov je možných s 20 rôznymi aminokyselinami?

Bielkoviny patria medzi najdôležitejšie chemikálie pre celý život na planéte. Štruktúra bielkovín sa môže veľmi líšiť. Každý proteín je však tvorený mnohými z 20 rôznych aminokyselín. Podobne ako písmená v abecede, aj poradie aminokyselín v proteíne hrá dôležitú úlohu pri fungovaní konečnej štruktúry. Proteíny môžu byť dlhé stovky aminokyselín, takže možnosti budú takmer nekonečné, ako to preskúmame ďalej.

Možno máte všeobecnú predstavu, že DNA je genetickým základom všetkého, čím ste. Možno si neuvedomujete, že jedinou funkciou DNA je nakoniec určiť poradie aminokyselín, ktoré vstupujú do všetkých proteínov, vďaka ktorým sa stanete tým, kým ste. DNA je jednoducho dlhé vlákno štyroch nukleotidov, ktoré sa opakujú znova a znova. Týmito štyrmi nukleotidmi sú adenín, tymín, guanín a cytozín a sú zvyčajne reprezentované písmenami ATGC. Bez ohľadu na to, aká dlhá je vaša DNA, vaše telo „číta“ tieto nukleotidy v skupinách po troch a každé tri nukleotidy kódujú jednu konkrétnu aminokyselinu. Takže sekvencia 300 nukleotidov by nakoniec kódovala 100 aminokyselín dlhý proteín.

Nakoniec vaša DNA vystrelí menšie svoje kópie, známe ako messenger RNA alebo mRNA, ktoré idú do ribozómov vo vašich bunkách, kde sa tvoria proteíny. RNA používa rovnaký adenín, guanín a cytozín ako DNA, ale namiesto tymínu používa chemickú látku zvanú uracil. Ak sa pohráte s písmenami A, U, G a C a usporiadate ich do skupín po troch, zistíte, že existuje 64 možných kombinácií s odlišným poradím. Každá trojčlenná skupina je známa ako kodón. Vedci vyvinuli graf, ktorý vám umožňuje zistiť, na ktorú aminokyselinu kóduje konkrétny kodón. Vaše telo vie, že ak mRNA znie „CCU“, mala by sa na toto miesto pridať aminokyselina zvaná prolín, ale ak znie „CUC“, mala by sa pridať aminokyselina leucín. Celý kodónový graf zobrazíte v sekcii s odkazmi v dolnej časti stránky.

Proteín môže byť jednoducho jedno vlákno aminokyselín, ale niektoré komplikované proteíny sú v skutočnosti viac vláknami aminokyselín spojených dohromady. Okrem toho majú proteíny rôznu dĺžku, pričom niektoré majú dĺžku len niekoľko aminokyselín a iné dĺžku viac ako 100 aminokyselín. Navyše nie každý proteín využíva všetkých dvadsať aminokyselín. Proteín môže byť dosť dlhý pravdepodobne sto aminokyselín, ale používa iba osem alebo desať rôznych aminokyselín. Kvôli všetkým týmto možnostiam existuje doslova nekonečné množstvo možných obmien, ktoré by mohli byť bielkovinou. V prírode môže existovať konečný počet proteínov; počet skutočných proteínov však existuje v miliardách, ak nie viac.

Všetky živé organizmy majú DNA a všetky používajú rovnakých 20 aminokyselín na tvorbu bielkovín nevyhnutných pre život. Dá sa teda povedať, že baktérie, rastliny, muchy a ľudia zdieľajú rovnaké základné stavebné prvky života. Jediným rozdielom medzi muchou a človekom je poradie DNA, a teda poradie proteínov. Aj u ľudí sa bielkoviny drasticky líšia. Proteín tvorí naše vlasy a nechty na rukách, ale tiež tvorí enzýmy v našich slinách. Bielkoviny tvoria naše srdce a tiež našu pečeň. Rozmanitosť štrukturálneho a funkčného využitia proteínu je takmer neobmedzená.

Poradie aminokyselín je pre bielkoviny rovnako dôležité ako poradie písmen pre slová. Zvážte pojem „Ježiško“ a všetko, čo je s ním spojené. Jednoduché usporiadanie písmen môže viesť k výrazu „satan“, ktorý má výrazne odlišnú konotáciu. Nie je to inak ani pri aminokyselinách. Každá aminokyselina má iný spôsob reakcie s ostatnými. Niekto má rád vodu, niekto nenávidí vodu a rôzne aminokyseliny môžu interagovať ako póly magnetu, kde niektoré priťahujú a iné odpudzujú. Na molekulárnej úrovni aminokyseliny kondenzujú do špirály alebo do tvaru listu. Ak sa aminokyselinám nepáči, že sú vedľa seba, môže to drasticky zmeniť tvar molekuly. Nakoniec to je tvar molekuly, ktorý je vlastne materský. Amyláza, bielkovina vo vašich slinách, môže začať rozkladať uhľohydráty v jedle, ale nemôže sa dotknúť tukov. Pepsín, bielkovina vo vašich žalúdočných šťavách, môže štiepiť bielkoviny, ale nedokáže odbúravať sacharidy. Poradie aminokyselín dáva proteínu jeho štruktúru a štruktúra dáva proteínu jeho funkciu.